利用检测施肥溶液及土壤中EC值确定植物施肥量的方法

摘要

本发明涉及精准化灌溉确定施肥量领域，具体为一种利用检测施肥溶液及土壤中EC值确定植物施肥量的方法。该方法通过使用EC传感器即时获取施肥溶液及土壤的EC值，利用各自比例常数将EC值换算成对应的肥量，两者数据的差值确定施肥量。本发明通过两个EC传感器，并在温度、张力、酸碱度传感器的辅助作用下，对施肥液及土壤EC值进行即时信号反馈，通过比例常数转换，最终计算出施肥量，进而能够给出合理的施肥方案。本发明有利于智能滴灌系统精准控制施肥量，大幅度提高肥料和水的利用效率，提高作物产量和质量。

说明书

技术领域

本发明涉及精准化灌溉确定施肥量领域，具体为一种利用检测施肥溶液及土 壤中EC值确定植物施肥量的方法。

背景技术

通过精确确定施肥量实现精准灌溉施肥技术是随着1974年从墨西哥引进滴 灌技术开始的。在引进、消化国外先进技术的基础上，国内众多科研院所和企业 进行了相关实验研究，取得了不少的成果和经验，但多数研究偏重于学术方面， 运用于田间的较少。

中国发明专利申请(公开号CN103918528A)提供一种精准化灌溉施肥智能 控制方法及装置，通过实时检测肥液EC值与肥液EC理论值进行对比，控制调 节吸肥泵的吸肥量。其不足之处在于，缺少根部土壤EC值技术参数，数据计算 过程中误差较大。

灌溉施肥智能化技术已成为现代设施农业的关键技术，设计一种精确计算施 肥量的方法，自动控制灌溉施肥系统，有助于提高肥料和水的利用效率，提高作 物产量和质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用检测施肥溶液及土壤中EC值确定植物施肥 量的方法，通过两个EC传感器，并在温度、张力、酸碱度传感器的辅助作用下， 对施肥液及土壤EC值进行即时信号反馈，通过比例常数转换，最终计算出施肥 量，进而能够给出合理的施肥方案。

本发明的技术方案是，该方法对被控制对象：施肥溶液及土壤中EC值进行 实时监测，将每次检测的数据经过比例常数变换，转换成溶液肥量及植物根部土 壤肥含量，两者数据的差值即为施肥量。

进一步的：通过施肥溶液EC传感器和植物根部土壤EC传感器分别测定施 肥溶液EC值和土壤EC值。

进一步的：施肥溶液EC值与肥量比例常数为K_a，土壤EC值与肥量比例常 数为K_b。

进一步的：在一定温度、张力、酸碱度范围内，将施肥溶液和土壤中EC值 作为计算施肥量的指标，达到与根系直接对话的目的。

进一步的：在温度18～28℃、张力0.00～0.85巴、酸碱度pH＝6～6.5的范围 内，通过公式计算得出在一段时间内的施肥量。

进一步的：一段时间内传感器每60～900秒记录一组数据，传感器记录次数 为n，计算一段时间内的施肥量为n组测定数据经公式转换后的总和。

进一步的，所述公式如下：

X＝(K_a×EC_a1-K_b×EC_b1)+……+(K_a×EC_ai-K_b×EC_bi)+……+(K_a×EC_an-K_b×EC_bn)

$X=K_a\times \underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{EC}}_{\mathrm{ai}}-K_b\times \underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{EC}}_{\mathrm{bi}}$

X：施肥量，kg；当X值≤1×10^-4，施肥机不启动，当次X值按0计算；

K_a：施肥溶液EC值与肥量的比例常数；

K_b：土壤EC值与肥量的比例常数；

EC_ai：第i次测定的施肥溶液EC值，mS/cm；

EC_bi：第i次测定的土壤EC值，mS/cm；

n：一段时间传感器记录次数。

本发明的设计思想如下：

EC值是液体肥料或种植介质肥量的一个指标，通常肥液浓度越大，EC值越 高。作物在生长的不同时期所需理论肥量是固定的，滴灌系统启动施肥程序前， 按照设定的理论肥量值配置肥溶液，随着施肥的进行，肥液浓度在不断变化，因 此，EC值也随之变化。本发明在温度、土壤张力、pH值等传感器辅助作用下， 将EC传感器即时检测值利用比例常数进行转换，将两部分EC值分别转换成溶 液肥量及植物根部土壤肥含量，上述肥量差值为即时施肥量，确定一定时间内的 施肥量，需要将每次测定的即时施肥量求和，将求和公式通过合并同类项处理， 转变成最终施肥量。

本发明的优点及有益效果是：

本发明可以实现实时检测施肥溶液及土壤的EC值，两参数共同作用高效准 确地确定施肥量，能够准确控制满足植物生长要求的最佳施肥量，大幅度提高肥 料和水的利用效率，提高作物产量和质量，还减少了田间管理作业的时间，有效 地减轻了土壤和环境污染。

附图说明

图1为本发明利用检测施肥溶液及土壤中EC值确定植物施肥量的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明利用检测施肥溶液及土壤中EC值确定植物施肥量的流 程如下：

通过施肥溶液EC传感器和土壤EC传感器，在温度及酸碱度等传感器的辅 助作用下，分别对施肥溶液和土壤EC值进行即时信号反馈，并在处理器中通过 比例常数换算成各自的肥量，根据公式计算施肥量。该方法能够有效地对被控制 对象，即施肥溶液及土壤中EC值进行实时监测，将检测的数据进行比例转换， 经过比例常数变换，转换成溶液肥量及植物根部土壤肥含量，两者数据的差值即 为施肥量。

相关术语解释如下：EC传感器中的EC(Electrical Conductivity的缩写)值为 电导率，EC值可以用来测量作物根际的可溶性离子浓度。EC值的单位用mS/cm， 测量温度通常为25℃，正常的EC值范围在1～4mS/cm之间。

下面通过实施例对本发明进一步详细说明。

实施例1

本实施例在同一土壤介质中种植玉米，施肥溶液及玉米根部分别插入EC传 感器，相应位置放置其它辅助传感器，在一定温度、张力和酸碱度范围内，将施 肥溶液和土壤中EC值作为计算施肥量的指标，达到与根系施肥量的直接对话的 目的。在一段时间内，采用常规的智能滴灌系统传感器每间隔600秒记录一组数 据，传感器记录次数为n，智能滴灌系统的控制器将即时检测到的数值求和后通 过比例常数转换，两者的差值为该段时间内每个滴头的总施肥量。在一定温度 (18～28℃)、张力0.00～0.85巴、酸碱度pH＝6～6.5、含氧量10.35～20.03％(体 积百分比)范围内，通过施肥溶液EC传感器和植物根部土壤EC传感器分别测 定施肥溶液及土壤的EC值，最后通过如下公式计算得出在一段时间内每个滴头 的总施肥量。

X＝(K_a×EC_a1-K_b×EC_b1)+……+(K_a×EC_ai-K_b×EC_bi)+……+(K_a×EC_an-K_b×EC_bn)

$X=K_a\times \underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{EC}}_{\mathrm{ai}}-K_b\times \underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{EC}}_{\mathrm{bi}}$

X：施肥量(kg)；

K_a：施肥溶液EC值与肥量的比例常数，经试验验证获得经验值， K_a＝0.95×10^-3；

K_b：土壤EC值与肥量的比例常数，经试验验证获得经验值，K_b＝1.1×10^-3；

EC_ai：第i次测定的施肥溶液EC值(mS/cm)，当温度为20℃、张力为0.85 巴、含氧量为15.35％、pH值为6时，传感器测得的肥溶液的EC值分别为 2.35mS/cm、2.35mS/cm、2.35mS/cm、2.35mS/cm、2.35mS/cm、2.35mS/cm；

EC_bi：第i次测定的土壤EC值(mS/cm)，当温度为20℃、张力为0.85巴、 含氧量为15.35％、pH值为6时，传感器测得的土壤EC值分别为1.90mS/cm、 2.02mS/cm、1.95mS/cm、2.04mS/cm、1.91mS/cm、2.03mS/cm；

n：一段时间传感器记录次数，本实施例为6次。

该施肥量为6组测定数据经公式转换后的总和(当X值≤1×10^-4，施肥机不 启动，当次X值按0计算)，一段时间内共施肥3次，通过公式最终得出一段时 间每个滴头总施肥量。本实施例中，经过公式计算得X＝0.00036kg。

实施例结果表明，本发明方法通过使用EC传感器即时获取施肥溶液及土壤 的EC值，利用各自比例常数将EC值换算成对应的肥量，两者数据的差值确定 施肥量。本发明有利于智能滴灌系统精准控制施肥量，大幅度提高肥料和水的利 用效率，提高作物产量和质量。